浮式平台总体性能2PPT课件

1、横浪中驳船的横摇运动传递函数迎浪中的升沉和纵摇运动传递函数第1页/共22页 对于浮体六个自由度运动方程频域解，令其右端 为零，求该方程组的特征根，即可获得浮体共振运动模态对应的特征频率和固有周期。djf 02jaCBiAM 3.1 固有周期的估算第2页/共22页 由于附加质量取决于频率，如果所得固有频率与计算附加质量的频率略有不同，对自由度计算j则不精确。应该注意，20%的附加质量误差只引入5%固有周期的误差。 下图用图示说明了一艘矩形剖面驳船（宽60米，吃水20米）在升沉运动固有频率的确定。在图中画出两条曲线和。这两条曲线的交点即给出了固有频率。一艘驳船在升沉中的固有频率的图形确定 第3页/

2、共22页 不耦合且无阻尼影响的谐摇周期可以写为第4页/共22页 未锚泊结构物的纵荡、横荡和首摇没有未耦合谐摇周期（不存在静水恢复力作用）。典型锚泊结构物的纵荡、横荡和首摇固有周期是分钟的数量级，因此相对于海中的波浪周期来说较长，非线性效应可能在这长周期时激发谐摇（慢漂共振激励）。 某单点系泊FPSO在飓风海况下的纵向运动（纵荡）模型试验测试结果第5页/共22页 对半潜平台或船舶而言，或者其他类型的自由漂浮物体，垂荡的固有周期可以写成 式中：Aw是水线面面积。通常对半潜平台的设计要求垂荡、纵摇和横摇的固有周期要大于T=20s，即比宽阔海域中大部分的波浪周期要长。这对于小水线面的半潜平台来说是较容

3、易达到的。 第6页/共22页第7页/共22页 张力腿平台垂荡的固有周期可以写为 式中：E、A和l分别是弹性模量、张力腿的横截面面积和长度。水线面的刚性与张力腿的回复效应相比可以忽略不计。 总的来说，TLP的垂荡、纵摇和横摇的固有周期比宽阔海域内大多数的波浪周期要小。不过，它们可能被非线性的二阶效应所激励。 第8页/共22页某TLP平台静水中垂荡自由衰减运动（固有周期3.9秒）第9页/共22页 自由漂浮的物体，比如船舶或半潜平台的非耦合纵摇固有周期可以写成： 式中： 是绕一通过重心且平行于y轴轴线的纵摇回转半径； 是纵摇附连质量矩； 是纵稳性高。船舶的 可以近似为船长的0.25倍。船舶的 与 同

4、一量级。55r55ALGM55r5nT3nT第10页/共22页 横摇的非耦合固有周期: 式中： 是绕一通过重心且与x轴平行的轴线的横摇惯性半径； 是横摇附连质量矩； 是横稳性高。船舶的 通常是船宽的0.35倍。横稳性高取决于装载状况。船舶设计规范要求横摇的固有周期大于lOs。如此在轻微或中等海况下横摇就不再成为一个问题。对固有周期影响最大的参数是稳性高。小型捕鱼船典型的通常为46s，传统的商船为812s，而特殊的重型起重船则上升至2025s。半潜平台 的范围是3035s。 在很大程度上依赖稳性要求以及船舶建造时对破舱稳性的考虑。44r44ATGM44r4nT4nT第11页/共22页横浪中油船横

5、摇传递函数半潜式平台横摇传递函数第12页/共22页 3.2 阻尼特征 一般来说，驳船、FPSO和其它船舶的升沉、横摇和纵摇固有周期在波浪周期范围内。当波浪的某一周期与其固有周期相同时，发生共振响应。其幅值取决于系统的阻尼率。 对于纵摇和升沉运动，辐射阻尼是重要的，它所产生的作用与粘性效应带来的阻尼相比占主导作用。第13页/共22页 对于横摇，粘性阻尼不可忽略，与辐射阻尼相比，一般来说粘性阻尼对运动幅值起主要作用。没有减摇装置的船舶会遭受强烈的横摇谐摇，谐摇的幅值由阻尼等级决定。 在Froude数或前进速度为0时，船舶横摇的阻尼来自兴波、黏性作用和减摇装置。在高Froude数时，船体及舵的升力作

6、用是很重要的。 黏性效应可以分为表面摩擦效应以及由船体周围的压力分布引起的黏性效应。后一项效应经常与旋涡形成联系在一起，因此在文献中也称为造涡阻尼。 第14页/共22页采用CFD软件模拟的带有舭龙骨的二维柱体横摇运动流场动压力分布 谢楠等，船舶力学，2007年12月第15页/共22页 对于大吃水的单支柱结构，如SPAR平台的浮筒，升沉中的辐射阻尼是完全可以忽略的。如同横摇一样，需引入其他阻尼装置（摩擦、分离、锚索上的阻尼）。准确估算这些阻尼对于共振中的升沉运动是很必要的。第16页/共22页 吃水为圆柱直径的浮筒在升沉中的响应。（不同波幅中的试验传递函数（尚特雷尔，1984年）第17页/共22页

7、 双体船当前进速度为0或很小时，由于双体之间的相互作用会产生较小的波浪阻尼，在双体之间的距离是半波长的奇数倍时尤其明显。 2p 是两个船体中心面之间的距离。 cos()0kp / 22/ 21 ,0,1,pnn 当远处由强迫垂荡引起的波浪幅值为0时，垂荡的阻尼也是0。三维流动效应和前进速度效应都会引起双体船周围远处波浪系统抵消的减少，对高速的双体船尤为事实。 第18页/共22页 3.3 波浪力的抵消效应 抵消效应同样也会产生小的激励力，其中一个例子就是船舶的迎浪波长与船长为同一个量级的时候，沿船长的垂向激励载荷的相位差使总的垂荡激励力变小。由于船舶在前进速度为0时的垂荡谐摇周期相当于波长与船长同一量级，因此垂荡谐摇的垂荡运动可能相当小。 第